BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Cahaya adalah gerakan gelombang yang dipancarkan sumber cahaya ke segala arah. Cahaya terdiri dari korpuskul (benda-benda kecil) dipancarkan oleh sumber cahaya secara garis lurus. Kita telah mempelajari bahwa secara fundamental cahaya adalah gelombang dan dalam beberapa situasi kit a harus meninjau sifat-sifat gelombang secara eksplisit. Bidang prisma adalah salah satu bidang yang dilalui cahaya yang terbuat dari bahan gelas yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Bidang permukaan ini disebut bidang pembias, dan sudut yang dibentuk disebut sudut pembias. 1.2 Identifikasi Masalah
Bagaimana peristiwa pembiasan yang terjadi pada prisma. Pada keadaan bagaimana dapat menghasilkan sudut deviasi minimum pada prisma, dan bagaimana mengukur indeks bias prisma dan beberapa cairan goniometer.\ 1.3 Tujuan Percobaan
1. Mengatur spektrometer dan goniometer 2. Menentukan refraktif indeks dari berbagai cairan dalam prisma berongga 3. Menentukan indeks bias berbagai prisma gelas 4. Menentukan garis spektrum air raksa (mercury) 5. Menunjukkan hubungan antara indeks bias dengan panjang gelombang (kurva dispersi)
BAB II TEORI DASAR Salah satu sifat gelombang adalah dapat dibiaskan, karena cahaya juga berprilaku seprti gelombang maka cahaya dapat dibiaskan. Pembiasan adalah peristiwa pembelokan sehubungan dengan perubahan kecepatan rambat dari suatu medium ke medium lain. Pembiasan cahaya adalah pembelokan cahaya kekita berkas cahaya melawati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya. Indeks bias mutlak suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di bahan tersebut. Indeks bias relative merupakan perbandingan indeks bias dua medium berbeda. Pembiasan cahaya menyebabkan kedalaman semu dan pemantulan sempurna.
Indeks bias suatu medium:
c = laju cahaya di hampa v= laju cahaya di medium λ o= o= panjang gelombang di hampa λ = panjang gelombang di medium
Indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1
n1 = indeks bias mutlak medium 1 n2 = indeks bias mutlak medium 2 Hukum Pembiasan
Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada suatu bidang datar. Sesuai dengan hukum Snellius.
Pembiasan Cahaya pada Prisma
Prisma adalah sebuah benda bening yang terbuat dari kaca dan tembus cahaya yang dibatasi oleh dua bidang segitiga yang sejajar dan tiga bidang persegi panjang yang membentuk sudut satu sama lain (gambar dibawah ini). Kedua bidang permukaan yang digunakan untuk membias disebut sudut pembias ( β ( β ). ). Jika seberkas cahaya menembus bidang batas dua medium yang berbeda (dari udara ke kaca atau sebaliknya), cahaya dari medium satu ke m edium lainnya akan mengalami pembiasan. Besar sudut datang dan sudut pembiasan cahaya akan memenuhi Hukum Snellius I dimana
n
=
s in i sin r
.
Apabila cahaya monokromatis (cahaya yang tidak dapat diuraikan dan hanya mempunyai mempunyai satu gelombang tertentu) datang pada bidang pembias prisma sebelah kiri seperti diperlihatkan gambar di bawah ini.
P A
N 1
N 2 D
i1
O
Q α r 1
γ
i2
r 2
Sinar datang
Sinar keluar
n1
n2
Gambar 2.2 Pembiasan pada prisma
Cahaya yang masuk ke dalam prisma mengalami pembiasan yang didasarkan pada Hukum II Snellius dimana cahaya yang masuk tersebut mengalami pembiasan yang arahnya mendekati garis normal. Adapun cahaya yang keluar dari prisma ke udara melalui bidang pembias sebelah kanan, akan mengalami pembiasan yang arahnya menjauhi garis normal. Perpotongan garis perpanjangan sinar masuk dan sinar yang keluar dari prisma akan membentuk sebuah sudut yang disebut sudut deviasi (D). Jadi. sudut deviasi (D) adalah sudut apit yang terbentuk dari perpanjangan sinar datang dan sinar bias. N 1 adalah garis normal yang tegak lurus pada bidang pembias sebelah kiri dan N2 garis normal yang tegak lurus pada bidang pembias sebelah kanan. i1
Adapun
r 1
dan
merupakan sudut datang dan sudut bias pada bidang pembias
sebelah kiri sedangkan
i2
dan r 2 merupakan sudut datang dan sudut bias bidang
pembias sebelah kanan. Menurut fungsi trigonometri sudut deviasi dapat ditentukan sebagai berikut: β = D = γ+α Karena
i1 α
=
=
i1
r 1
+
α
-
r 1
D = ( i1 -
dan
r 1 )
+ i2 , sehingga
dan r 2 =
= r 2 - i 2 , maka
+ ( r 2 - i 2 )
= ( i1 + r 2 ) – ( – ( i 2 +
r 1 )
Apabila kita tinjau segitiga OPQ maka ∠ POQ + ∠ PQO + A = 180°
(90° -
r 1 )
+ (90° - i 2 ) + A = 180°
180° -
r 1
-
i2
+ A = 180° A=
Sehingga D =
i2
+
Deviasi minimum
δm
i1
bidang alas atau
r 1
r 1
+
i2
-A (Dm) terjadi jika sinar yang di dalam prisma sejajar dengan
= r 2 dan i 2 =
r 1 ,
maka:
Dm = 2 i1 - A dan A = 2 r 1 , Sehingga: = ½ (A + Dm) dan
r 1
=½A
Dengan menggunakan menggunakan Hukum Snellius di titik O:
n1 Sin i1 n2 n1 n 21
= n2 =
Sin r 1
Sin i1 Sin r 1 Sin
=
1 2
( A + Dm )
Sin 12 A
maka n
Sin =
1 2
( A + Dm )
Sin 12 A
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan Percobaan Percobaan
1. Spektrometer / goniometer. W. vernier 2. Power supply untuk spectral lamps 3. Lampu Hg Spektral 100, pico 9 base 4. Prisma 60 derajat, h 30 mm, crown 5. Prisma berongga 6. Glycerol 250 ml dan Methanol 500 ml 3.2 Prosedur Percobaan
1.
Menyusun alat percobaan sesuai pada gambar.
2.
Mengatur spektrometer-goniometer dan grating sesuai dengan instruksi operasi, berkas sinar sejajar akan melewati prisma bila pengaturan alat-alat tersebut benar.
3.
Memproyeksikan Memproyeksikan aperture atau celah ke dalam d alam bidang dari kawat menyilang dengan pergeseran teleskop tak hingga dan mengamatinya dengan lensa mata yang digunakan sebagai pembesar.
4.
Mengatur prisma agar menghasilkan deviasi minimum dengan posisi anguler f1 dari teleskop dan membaca off pada vernier untuk masing-masing garis spektrum.
5.
Memutar prisma sehingga cahaya jatuh pada permukaan terdekat dan cahaya dideviasikan ke arah sebaliknya, sudut f2 tidak membaca off pada masingmasing garis spectral pada deviasi minimum.
6.
Memberikan sebuah grating ruled yang diamankan di dalam sebuah holder sejajar terhadap sumbu kolimator.
7.
Mengukur sudut dari garis yang terdifraksi orde pertama terhadap bagian kanan dan kiri gambar dari celah yang tidak terdeviasi.
8.
Memastikan bahwa udara dapat bersikulasi melalui celah ventilasi pada housing lampu tanpa hambatan saat menseting lampu.
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel Data Pengamatan Tabel 4.1.1 Prisma Segitiga Sama Sisi Sudut Deviasi Cahaya
A
B
Kuning
145° 13'
138° 23'
Hijau
145°
138° 5'
Ungu
145° 19'
137° 2'
Tabel 4.1.2 Prisma Berongga Gliserin
Sudut Deviasi Cahaya
A
B
Kuning
14° 34'
26° 43'
Hijau
15° 10'
27° 5'
Ungu
15° 20'
28° 35'
Biru
15° 35'
27° 30'
Tabel 4.1.3 Prisma Berongga Methanol
Sudut Deviasi Cahaya
A
B
Kuning
4° 12'
15° 36'
Hijau
4° 18'
15° 44'
Ungu
4° 33'
16° 14'
Jingga
4° 5'
15° 37'
4.2 Pengolahan Data 4.2.1 Konversi Sudut Dalam Satuan (°) 1° = 60' Prisma Gelas
Sudut Deviasi Cahaya
A
B
Kuning
145.22°
138.38°
Hijau
145°
138.08°
Ungu
145.32°
137.03°
Prisma Berongga Gliserin Sudut Deviasi Cahaya
A
B
Kuning
14.57°
26.72°
Hijau
15.17°
27.08°
Ungu
15.33°
28.58°
Biru
15.88°
27.5°
Prisma Berongga Methanol
Sudut Deviasi Cahaya
A
B
Kuning
4.2°
15.6°
Hijau
4.3°
15.73°
Ungu
4.55°
16.23°
Jingga
4.08°
15.62°
4.2.2 Menghitung Sudut Deviasi Minimun dan Indeks Bias Prisma
Dari hasil percobaan pada tabel di atas, diperoleh sudut deviasi minimum – B |, dan dengan menggunakan rumus indeks bias yaitu dengan rumus Dm = | A – B
Pada Prisma Gelas
Sudut Deviasi Cahaya
n
A
B
Dm
Kuning
145.22°
138.38°
12.15°
1.101
Hijau
145°
138.08°
6.92°
1.103
Ungu
145.32°
137.03°
8.28°
1.122
Pada Prisma Berongga Gliserin Sudut Deviasi Cahaya
n
A
B
Dm
Kuning
14.57°
26.72°
12.15°
1.178
Hijau
15.17°
27.08°
11.92°
1.174
Ungu
15.33°
28.58°
13.25°
1.93
Biru
15.88°
27.5°
11.62°
1.17
Pada Prisma Berongga Methanol
n
Sudut Deviasi Cahaya
A
B
Dm
Kuning
4.2°
15.6°
11.4°
1.167
Hijau
4.3°
15.73°
11.43°
1.168
Ungu
4.55°
16.23°
11.68°
1.171
Jingga
4.08°
15.62°
11.53°
1.169
4.2.3 Menghitung Indeks Bias Rata-rata
∑ ̅ =
Prisma Gelas ̅ =
= 1.108
Prisma Berisi Gliserin ̅ =
= 1.363
Prisma Berisi Methanol ̅ =
4.2.4
= 1.169
Menghitung Kesalahan Relatif (KSR) Indeks Bias
KSR = |
| x 100%
Indeks bias prisma gelas KSR = |
| x 100%
= 27.1 % Indeks bias prisma berisi gliserin KSR = |
| x 100%
= 7.461 % Indeks bias prisma berisi methanol
KSR = |
= 11.972 %
| x 100%
4.2.5
Grafik hubungan indeks bias dengan panjang gelombang (Kurva Dispersi)
Prisma gelas
Cahaya
Indeks Bias
Panjang Gelombang
Kuning
1.101
570
Hijau
1.103
495
Ungu
1.122
380
Kurva Dispersi Prisma Gelas 1.125 1.12 s a i B s k e d n I
1.115 1.11
1.105
Kurva Dispersi
1.1 1.095 0
20 0
40 0
600
80 0
Panjang Gelombang (nm)
Prisma Berisi Gliserin
Cahaya
Indeks Bias
Panjang Gelombang
Kuning
1.178
570
Hijau
1.174
495
Ungu
1.93
380
Biru
1.17
450
Kurva Dispersi Prisma Gliserin 2.5 s a i b s k e d n I
2
1.5 1
Kurva Dispersi Prisma Gliserin
0.5 0 0
20 0
400
60 0
800
Panjang gelombang (nm)
Prisma Berisi Methanol
Cahaya
Indeks Bias
Panjang Gelombang
Kuning
1.167
570
Hijau
1.168
495
Ungu
1.171
380
Jingga
1.169
590
Kurva Dispersi Prisma Methanol 1.1715 1.171 1.1705 1.17 s a i 1.1695 B s k 1.169 e d1.1685 n I 1.168 1.1675 1.167 1.1665
Kurva Dispersi Prisma Methanol
0
20 0
40 0
60 0
80 0
Panjang gelombang (nm)
4.3 Analisa Data Pada praktikum “Dispersi dan Daya Prisma P risma kita mencari nilai indeks bias prisma gelas dan prisma berrongga. Pada prisma berongga kita menggunakan cairan methanol dan gliserin. Dengan mengamati cahaya monokromatik pada spektrometer, yang diamati tidak semua warna tapi hanya beberapa saja, hal itu dapat disebabkan oleh ketidaktepatan posisi prisma, keadaan prisma dan int ensitas sinar yang datang pada prisma. Cahaya Cahaya yang yang ditembakkan ke prisma dari dari dari lampu diuraikan oleh prisma menjadi warna-warna pelangi dengan melihat dari spektrometer-goneometer. Setelah semua sudut dari warna-warna tersebut diketahui maka kita mendapatkan deviasi minimumnya dengan menggunakan selisih antara sudut perpanjangan sinar datang dan sudut sinar bias yang kita amati dalam satu warna yang sama. Pada saat praktikum mendapatkan sudut pada pembacaan spektrometergoniometer. Data yang didapat dalam derajat dan menit sehingga harus dikonversikan ke dalam derajat derajat dengan satuan satuan 1° = 60'. Indeks Indeks bias didapatkan didapatkan dengan hukum snellius yaitu n =
dengan A = sudut prisma yaitu 60
derajat (karena prisma sama sisi). Rumus tersebut kita dapat mencari nilai indeks bias pada prisma gelas dan prisma berrongga, pada prisma gelas diperoleh indeks bias sebesar sebesar 1,108; pada prisma berongga berongga cairan gliserin sebesar sebesar 1,363 dan pada pada prisma berrongga methanol methanol 1,169. Hasil indeks bias dibandingkan dibandingkan dengan indeks bias literatur prisma gelas yaitu 1.52, prisma gliserin 1.4729 dan prisma metanol 1.328 diperoleh nilai kesalahan relatif (KSR) yaitu masing pada prisma gelas sebesar 27.1% ; prisma berongga gliserin 7.46 % dan prisma berongga metanol 11.97 % . Pada kurva yang dihasilkan indeks bias pada panjang gelombang cahaya monokromatik, seharusnya indeks bias yang dihasilkan menurun seiring dengan kenaikan panjang gelombang. Tetapi hasil yang didaptkan dari grafik tidak semuanya sesuai dengan teori, ada beberapa yang naik di tengah-tengah. Hal itu disebabkan oleh sudut yang didapatkan pada saat mengambil data cahaya monokromatik berjarak tidak konstan dan tidak semua warna yang dapat terlihat dari teleskop sehingga data yang didapatkan tidak akurat.
BAB V Kesimpulan
1. Praktikan dapat mengatur spektrometer dan goniometer 2. Praktikan telah menentukan refraktif indeks dari berbagai cairan dalam prisma berongga 3. Praktikan telah menentukan indeks bias berbagai prisma gelas. 4. Praktikan dapat menunjukkan hubungan antara indeks bias dengan panjang gelombang (kurva dispersi)
Daftar Pustaka
Halliday,Resnick. Halliday,Resnick. 1997. Fisika jilid 2 edisi ketiga , Jakarta : Erlangga. Sutrisno. 1984. Fisika Dasar Gelombang dan Optik. Bandung: ITB. http://www.mirror.unpad.ac.id/bse/12%20SMA/kelas_3_sma_fisika_joko_budiyanto.pd f
